设计模式(三)之结构性设计模式

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• • 定义
  • 伪代码实例
• 工厂方法
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  • 要点
  • 本质
  • 伪代码
• 抽象工厂
• • 定义
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• • 伪代码展示
• 责任链
• • 定义
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  • 伪代码展示
• 装饰器
• • 定义
  • 背景
  • 要点
  • 本质
  • 伪代码展示

保证一个类仅有一个实例，并提供一个该实例的全局访问点

//版本一
class Singleton {
public:
static Singleton * GetInstance() {
if (_instance == nullptr) {
_instance = new Singleton();
}
return _instance;
}
private:
Singleton() {}//构造
~Singleton() {}
Singleton(const Singleton &clone){} //拷⻉构造
Singleton& operator=(const Singleton&) {}
static Singleton * _instance;
};
Singleton* Singleton::_instance = nullptr;//静态成员需要初始化

//版本2  在版本一的基础上加上了一个销毁实例的功能
class Singleton {
public:
static Singleton * GetInstance() {
if (_instance == nullptr) {
_instance = new Singleton();
atexit(Destructor);
}
return _instance;
}
~Singleton() {}
private:
static void Destructor() {
if (nullptr != _instance) {
delete _instance;
_instance = nullptr;
}
}
Singleton();//构造
Singleton(const Singleton &cpy); //拷⻉构造
Singleton& operator=(const Singleton&) {}
static Singleton * _instance;
};
Singleton* Singleton::_instance = nullptr;//静态成员需要初始化
// 还可以使⽤ 内部类，智能指针来解决； 此时还有线程安全问题

如果在具有并发的项目中使用单例模式，需要注意的一个点就是创建单例模式的时候的线程安全问题

版本三：加入了互斥锁保证线程安全的问题

#include 
class Singleton { // 懒汉模式 lazy load
public:
static Singleton * GetInstance() {
//std::lock_guard lock(_mutex); // 3.1 切换线程
if (_instance == nullptr) {
std::lock_guard lock(_mutex); // 3.2
if (_instance == nullptr) {
_instance = new Singleton();
atexit(Destructor);
}
}
return _instance;
}
private:
static void Destructor() {
if (nullptr != _instance) {
delete _instance;
_instance = nullptr;
}
}
Singleton(){} //构造
Singleton(const Singleton &cpy){} //拷⻉构造
Singleton& operator=(const Singleton&) {}
static Singleton * _instance;
static std::mutex _mutex;
};
Singleton* Singleton::_instance = nullptr;//静态成员需要初始化
std::mutex Singleton::_mutex; //互斥锁初始化

版本四：在版本三的基础上加上内存屏障，进一步的保证线程安全
#include 
#include 
class Singleton {
public:
static Singleton * GetInstance() {
Singleton* tmp = _instance.load(std::memory_order_relaxed);
std::atomic_thread_fence(std::memory_order_acquire);//获取内存屏障
if (tmp == nullptr) {
std::lock_guard lock(_mutex);
tmp = _instance.load(std::memory_order_relaxed);
if (tmp == nullptr) {
tmp = new Singleton;
std::atomic_thread_fence(std::memory_order_release);//释放内
存屏障
_instance.store(tmp, std::memory_order_relaxed);
atexit(Destructor);
}
}
return tmp;
}
private ：
static void Destructor() {
Singleton* tmp = _instance.load(std::memory_order_relaxed);
if (nullptr != tmp) {
delete tmp;
}
}
Singleton(){}
Singleton(const Singleton&) {}
Singleton& operator=(const Singleton&) {}
static std::atomic _instance;
static std::mutex _mutex;
};
std::atomic Singleton::_instance;//静态成员需要初始化
std::mutex Singleton::_mutex; //互斥锁初始化
// g++ Singleton.cpp -o singleton -std=c++11

版本5：

// c++11 magic static 特性：如果当变量在初始化的时候，并发同时进⼊声明语句，并发线程将
//会阻塞等待初始化结束。
class Singleton
{
public:
~Singleton(){}
static Singleton& GetInstance() {
static Singleton instance;
return instance;
}
private:
Singleton(){}
Singleton(const Singleton&) {}
Singleton& operator=(const Singleton&) {}
};
// 继承 Singleton
// g++ Singleton.cpp -o singleton -std=c++11

定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。Factory Method使得一个类的实例
化延迟到子类。 ——《设计模式》GoF

实现一个导出数据的接口，让客户选择数据的导出方式；

解决创建过程比较复杂，希望对外隐藏这些细节的场景；
比如连接池、线程池
隐藏对象真实类型；
对象创建会有很多参数来决定如何创建；
创建对象有复杂的依赖关系；

延迟到子类中实现

#include 
// 实现导出数据的接口, 导出数据的格式包含 xml，json，文本格式txt 后面可能扩展excel格式csv
class IExport {
public:
    virtual bool Export(const std::string &data) = 0;
    virtual ~IExport(){}
};

class ExportXml : public IExport {
public:
    virtual bool Export(const std::string &data) {
        return true;
    }
};

class ExportJson : public IExport {
public:
    virtual bool Export(const std::string &data) {
        return true;
    }
};

class ExportTxt : public IExport {
public:
    virtual bool Export(const std::string &data) {
        return true;
    }
};

class IExportFactory {
public:
    virtual IExport * NewExport() = 0;
};

class ExportXmlFactory : public IExportFactory {
public:
    IExport * NewExport() {
        // 可能有其它操作，或者许多参数
        IExport * temp = new ExportXml;
        // 可能之后有什么操作
        return temp;
    }
};

class ExportJsonFactory : public IExportFactory {
public:
    IExport * NewExport() {
        // 可能有其它操作，或者许多参数
        IExport * temp = new ExportJson;
        // 可能之后有什么操作
        return temp;
    }
};

class ExportTxtFactory : public IExportFactory {
public:
    IExport * NewExport() {
        // 可能有其它操作，或者许多参数
        IExport * temp = new ExportTxt;
        // 可能之后有什么操作
        return temp;
    }
};

class ExportData {
public:
    ExportData(IExportFactory *factory) : _factory(factory) {}
    ~ExportData() {
        if (_factory) {
            delete _factory;
            _factory = nullptr;
        }
    }
    bool Export(const std::string &data) {
        IExport * e = _factory->NewExport();
        e->Export(data);
    }
private:
    IExportFactory *_factory;
};

int main() {
    ExportData ed(new ExportTxtFactory);
    ed.Export("hello world");
    return 0;
} 

提供一个接口，让该接口负责创建一系列“相关或者相互依赖的对象”，无需指定它们具体的类。
——《设计模式》GoF

实现一个拥有导出导入数据的接口，让客户选择数据的导出导入方式；

#include 
// 实现导出数据的接口, 导出数据的格式包含 xml，json，文本格式txt 后面可能扩展excel格式csv
class IExport {
public:
    virtual bool Export(const std::string &data) = 0;
    virtual ~IExport(){}
};

class ExportXml : public IExport {
public:
    virtual bool Export(const std::string &data) {
        return true;
    }
};

class ExportJson : public IExport {
public:
    virtual bool Export(const std::string &data) {
        return true;
    }
};

class ExportTxt : public IExport {
public:
    virtual bool Export(const std::string &data) {
        return true;
    }
};

class ExportCSV : public IExport {
public:
    virtual bool Export(const std::string &data) {
        return true;
    }
};

class IImport {
public:
    virtual bool Import(const std::string &data) = 0;
    virtual ~IImport(){}
};

class ImportXml : public IImport {
public:
    virtual bool Import(const std::string &data) {
        return true;
    }
};

class ImportJson : public IImport {
public:
    virtual bool Import(const std::string &data) {
        return true;
    }
};

class ImportTxt : public IImport {
public:
    virtual bool Import(const std::string &data) {
        return true;
    }
};

class ImportCSV : public IImport {
public:
    virtual bool Import(const std::string &data) {
        // ....
        return true;
    }
};

class IDataApiFactory {
public:
    IDataApiFactory() {
        _export = nullptr;
        _import = nullptr;
    }
    virtual ~IDataApiFactory() {
        if (_export) {
            delete _export;
            _export = nullptr;
        }
        if (_import) {
            delete _import;
            _import = nullptr;
        }
    }
    bool Export(const std::string &data) {
        if (_export == nullptr) {
            _export = NewExport();
        }
        return _export->Export(data);
    }
    bool Import(const std::string &data) {
        if (_import == nullptr) {
            _import = NewImport();
        }
        return _import->Import(data);
    }
protected:
    virtual IExport * NewExport() = 0;
    virtual IImport * NewImport() = 0;
private:
    IExport *_export;
    IImport *_import;
};

class XmlApiFactory : public IDataApiFactory {
protected:
    virtual IExport * NewExport() {
        // 可能有其它操作，或者许多参数
        IExport * temp = new ExportXml;
        // 可能之后有什么操作
        return temp;
    }
    virtual IImport * NewImport() {
        // 可能有其它操作，或者许多参数
        IImport * temp = new ImportXml;
        // 可能之后有什么操作
        return temp;
    }
};

class JsonApiFactory : public IDataApiFactory {
protected:
    virtual IExport * NewExport() {
        // 可能有其它操作，或者许多参数
        IExport * temp = new ExportJson;
        // 可能之后有什么操作
        return temp;
    }
    virtual IImport * NewImport() {
        // 可能有其它操作，或者许多参数
        IImport * temp = new ImportJson;
        // 可能之后有什么操作
        return temp;
    }
};
class TxtApiFactory : public IDataApiFactory {
protected:
    virtual IExport * NewExport() {
        // 可能有其它操作，或者许多参数
        IExport * temp = new ExportTxt;
        // 可能之后有什么操作
        return temp;
    }
    virtual IImport * NewImport() {
        // 可能有其它操作，或者许多参数
        IImport * temp = new ImportTxt;
        // 可能之后有什么操作
        return temp;
    }
};

class CSVApiFactory : public IDataApiFactory {
protected:
    virtual IExport * NewExport() {
        // 可能有其它操作，或者许多参数
        IExport * temp = new ExportCSV;
        // 可能之后有什么操作
        return temp;
    }
    virtual IImport * NewImport() {
        // 可能有其它操作，或者许多参数
        IImport * temp = new ImportCSV;
        // 可能之后有什么操作
        return temp;
    }
};

int main () {
    IDataApiFactory *factory = new CSVApiFactory();
    factory->Import("hello world");
    factory->Export("hello world");
    return 0;
}

使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接收者之间的耦合关系。将这些对象连成
一条链，并沿着这条链传递请求，直到有一个对象处理它为止。 ——《设计模式》Go

请求流程，1 天内需要主程序批准，3 天内需要项目经理批准，3 天以上需要老板批准；

• 解耦请求方和处理方，请求方不知道请求是如何被处理，处理方的组成是由相互独立的子处理构
  成，子处理流程通过链表的方式连接，子处理请求可以按任意顺序组合；

• 责任链请求强调请求最终由一个子处理流程处理；通过了各个子处理条件判断；

• 责任链扩展就是功能链，功能链强调的是，一个请求依次经由功能链中的子处理流程处理；

• 将职责以及职责顺序运行进行抽象，那么职责变化可以任意扩展，同时职责顺序也可以任意扩展；

分离职责，动态组合；

#include 

class Context {
public:
    std::string name;
    int day;
};


class IHandler {
public:
    virtual ~IHandler() {}
    void SetNextHandler(IHandler *next) {
        next = next;
    }
    bool Handle(const Context &ctx) {
        if (CanHandle(ctx)) {
            return HandleRequest(ctx);
        } else if (GetNextHandler()) {
            return GetNextHandler()->HandleRequest(ctx);
        } else {
            // err
        }
        return false;
    }
protected:
    virtual bool HandleRequest(const Context &ctx) = 0;
    virtual bool CanHandle(const Context &ctx) =0;
    IHandler * GetNextHandler() {
        return next;
    }
private:
    IHandler *next;
};

class HandleByMainProgram : public IHandler {
protected:
    virtual bool HandleRequest(const Context &ctx){
        //
        return true;
    }
    virtual bool CanHandle(const Context &ctx) {
        //
        return true;
    }
};

class HandleByProjMgr : public IHandler {
protected:
    virtual bool HandleRequest(const Context &ctx){
        //
        return true;
    }
    virtual bool CanHandle(const Context &ctx) {
        //
        return true;
    }
};
class HandleByBoss : public IHandler {
protected:
    virtual bool HandleRequest(const Context &ctx){
        //
        return true;
    }
    virtual bool CanHandle(const Context &ctx) {
        //
        return true;
    }
};

class HandleByBeauty : public IHandler {
protected:
    virtual bool HandleRequest(const Context &ctx){
        //
        return true;
    }
    virtual bool CanHandle(const Context &ctx) {
        //
        return true;
    }
};

int main() {
    // IHandler * h1 = new HandleByMainProgram();
    // IHandler * h2 = new HandleByProjMgr();
    // IHandler * h3 = new HandleByBoss();
    // h1->SetNextHandler(h2);
    // h2->SetNextHandler(h3);

    IHandler * h0 = new HandleByBeauty();
    IHandler * h1 = new HandleByMainProgram();
    IHandler * h2 = new HandleByProjMgr();
    IHandler * h3 = new HandleByBoss();
    h0->SetNextHandler(h1);
    h1->SetNextHandler(h2);
    h2->SetNextHandler(h3);
    // 设置下一指针 
    Context ctx;
    h0->Handle(ctx);
    return 0;
}

动态地给一个对象增加一些额外的职责。就增加功能而言，装饰器模式比生产子类更为灵活。
—— 《设计模式》GoF

普通员工有销售奖金，累计奖金，部门经理除此之外还有团队奖金；后⾯可能会添加环比增长奖
金，同时可能针对不同的职位产生不同的奖金组合

通过采用组合而非继承的手法， 装饰器模式实现了在运行时动态扩展对象功能的能力，而且可以根
据需要扩展多个功能。 避免了使用继承带来的“灵活性差”和“多子类衍生问题”。
不是解决“多子类衍生问题”问题，而是解决“父类在多个方向上的扩展功能”问题；
装饰器模式把一系列复杂的功能分散到每个装饰器当中，一般一个装饰器只实现一个功能，实现复
用装饰器的功能；

动态组合

#include 
// 普通员工有销售奖金，累计奖金，部门经理除此之外还有团队奖金；后面可能会添加环比增长奖金，同时可能产生不同的奖金组合；
// 销售奖金 = 当月销售额 * 4%
// 累计奖金 = 总的回款额 * 0.2%
// 部门奖金 = 团队销售额 * 1%
// 环比奖金 = (当月销售额-上月销售额) * 1%
// 销售后面的参数可能会调整
using namespace std;
class Context {
public:
    bool isMgr;
    // User user;
    // double groupsale;
};

// 试着从职责出发，将职责抽象出来
class CalcBonus {    
public:
    CalcBonus(CalcBonus * c = nullptr) : cc(c) {}
    virtual double Calc(Context &ctx) {
        return 0.0; // 基本工资
    }
    virtual ~CalcBonus() {}

protected:
    CalcBonus* cc;
};

class CalcMonthBonus : public CalcBonus {
public:
    CalcMonthBonus(CalcBonus * c) : CalcBonus(c) {}
    virtual double Calc(Context &ctx) {
        double mbonus ; 
        return mbonus + cc->Calc(ctx);
    }
};

class CalcSumBonus : public CalcBonus {
public:
    CalcSumBonus(CalcBonus * c) : CalcBonus(c) {}
    virtual double Calc(Context &ctx) {
        double sbonus ; 
        return sbonus + cc->Calc(ctx);
    }
};

class CalcGroupBonus : public CalcBonus {
public:
    CalcGroupBonus(CalcBonus * c) : CalcBonus(c) {}
    virtual double Calc(Context &ctx) {
        double gbnonus ; 
        return gbnonus + cc->Calc(ctx);
    }
};

class CalcCycleBonus : public CalcBonus {
public:
    CalcCycleBonus(CalcBonus * c) : CalcBonus(c) {}
    virtual double Calc(Context &ctx) {
        double gbnonus ; 
        return gbnonus + cc->Calc(ctx);
    }
};

int main() {
    // 1. 普通员工
    Context ctx1;
    CalcBonus *base = new CalcBonus();
    CalcBonus *cb1 = new CalcSumBonus(base);
    CalcBonus *cb2 = new CalcMonthBonus(cb1);
    cb2->Calc(ctx1);
    // 2. 部门经理
    Context ctx2;
    CalcBonus *cb3 = new CalcGroupBonus(cb2);
    cb3->Calc(ctx2);
}